基于三維邊界提取的模具氣壓砂輪進(jìn)動加工軌跡優(yōu)化方法
【專利摘要】基于三維邊界提取的模具氣壓砂輪進(jìn)動加工軌跡優(yōu)化方法，所述軌跡優(yōu)化方法包括以下步驟：（1）建立模型，保存軌跡規(guī)劃的CLSF文件和模型的VRML文件；（2）讀取VRML文件，采用正則表達(dá)式識別文本數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)組中；（3）用戶設(shè)定“法向量突變閥值”，其取值依據(jù)三維模型上的最大曲率值，曲率越大，閥值應(yīng)取越大；（4）將單位法向量數(shù)組內(nèi)的法向量進(jìn)行兩兩作差后取向量模，同閥值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果刪除對角線和重復(fù)的邊界線；（5）將剩余線段進(jìn)行整理，得到邊界線數(shù)組；（6）計(jì)算軌跡規(guī)劃上任意加工點(diǎn)的接觸面中心與每條邊界的距離，對邊界線與加工點(diǎn)的相對位置進(jìn)行姿態(tài)優(yōu)化。該方法考慮氣壓砂輪進(jìn)動加工軌跡規(guī)劃中的邊界問題，效果顯著。
【專利說明】基于三維邊界提取的模具氣壓砂輪進(jìn)動加工軌跡優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)圖形領(lǐng)域，是一種基于VRML技術(shù)的三維模型邊界線提取方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]目前，對于三維模型邊界線提取的研究主要有以下兩方面:(1)從二位圖像角度出發(fā)，通過一些圖像處理方法提取邊界線，提取結(jié)果是另一張圖片，這種方法顯然不可能包含每條邊界線在三維中的解析式；(2)從實(shí)物出發(fā)，通過掃描或測量得到點(diǎn)云，再經(jīng)過搜索算法得到屬于邊界線的點(diǎn)，最后在計(jì)算機(jī)上逆向建模。第二種方法可以獲得邊界線在三維中的解析式，能處理密集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，一般用于不適合人工建模的具有極度不規(guī)則形狀的對象，且需要額外的三維掃描測量設(shè)備，成本較高，操作難度大，計(jì)算過程復(fù)雜。三維建模軟件雖然能顯示線框圖，但是無法直接將線框圖導(dǎo)出為可用于再開發(fā)的數(shù)據(jù)格式，這給應(yīng)用三維模型邊界線數(shù)據(jù)進(jìn)行信息再處理造成不便。
[0003]對于任意的復(fù)雜三維模型，三維軟件在導(dǎo)出VRML文件時(shí)，會將所有表面分割成不重復(fù)也不遺漏的一系列三角面，各三角面的位置和相互關(guān)系可由組成三角面的頂點(diǎn)及頂點(diǎn)外法向計(jì)算得到。因此，本發(fā)明提出一種邊界線提取方法，用于從VRML文件中提取數(shù)據(jù)，通過一定的算法獲得對應(yīng)三維模型的邊界線數(shù)據(jù)，很有必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決無法從三維建模軟件中直接獲得模型邊界線數(shù)據(jù)的問題，本發(fā)明從三維模型出發(fā)，提供一種基于VRML技術(shù)的三維模型邊界線提取方法，該方法適用范圍廣，可處理任意復(fù)雜形貌的三維模型。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種基于VRML技術(shù)的三維模型邊界線提取方法，所述邊界線提取方法包括以下步驟:
[0007](I)讀取VRML文件，文件擴(kuò)展名為wrl，并采用正則表達(dá)式識別文本數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)組中，數(shù)組包括單位法向量數(shù)組、線段數(shù)組和坐標(biāo)數(shù)組；
[0008](2)用戶設(shè)定“法向量突變閥值T ”，簡稱“閥值T ”，一般取閥值T=0.2，閥值T的取值依據(jù)三維模型上最大曲率值，曲率越大，閥值T應(yīng)取越大；
[0009](3)將單位法向量數(shù)組內(nèi)每一條法向量進(jìn)行兩兩作差，同閥值T進(jìn)行比較，若差向量的模小于等于閥值T，則認(rèn)為兩個(gè)法向量所對應(yīng)的三角面是連續(xù)的面，面內(nèi)不存在邊界線，并且，如果這兩個(gè)三角面內(nèi)存在相同頂點(diǎn)的線段，則一定為面內(nèi)不存在的邊界線，稱為“對角線”，刪除這兩條對角線；如果不存在，則表示兩個(gè)三角面不屬于同一面，不作處理；若差向量的模大于閥值T，則認(rèn)為這兩個(gè)三角面是不連續(xù)的面，并且，如果這兩個(gè)三角面內(nèi)存在相同頂點(diǎn)的線段，則一定為邊界線，刪除其中一條；如果不存在，則表示兩個(gè)三角面不相交，不作處理；
[0010](4)將剩余線段進(jìn)行整理，得到線段數(shù)組，并且和坐標(biāo)數(shù)組一起寫入數(shù)據(jù)表格文件，文件擴(kuò)展名為CSV，保存到計(jì)算機(jī)磁盤中。
[0011]進(jìn)一步，所述的基于VRML技術(shù)的三維模型邊界線提取方法，其特征在于:所述步驟(I)中，所述的單位法向量數(shù)組是由三角面的三個(gè)頂點(diǎn)的法向量求和再取單位向量得至IJ，所述的線段數(shù)組是由三角面三頂點(diǎn)兩兩相連得到。
[0012]再進(jìn)一步，所述的基于VRML技術(shù)的三維模型邊界線提取方法，其特征在于:所述步驟⑵中，所述閥值T的物理意義為:當(dāng)法向量之差的模小于閥值T時(shí)，法向量夾角較小，面夾角接近O度，曲面連續(xù)性好。
[0013]本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為:本發(fā)明涉及的三維模型邊界線提取方法，可將VRML格式文本中的圖形數(shù)據(jù)通過識別和計(jì)算，得到模型所有邊界線的坐標(biāo)信息。該方法適用于具有復(fù)雜形貌的任意三維模型。
[0014]首先使用三維建模軟件，如PRO/E、UG、SolidWorks、CATIA等，建立三維模型；然后將模型另存為VRML(擴(kuò)展名為wrl)文件格式，選擇輸出版本為VRML97 ;然后利用本發(fā)明提出的三維模型邊界線提取方法，從wrl格式文件中提取出三維模型的邊界線數(shù)據(jù)。
[0015]邊界線數(shù)據(jù)由兩個(gè)數(shù)據(jù)表格組成，其中一個(gè)表格存儲了所有的端點(diǎn)坐標(biāo)值，每行三個(gè)元素表示端點(diǎn)空間直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；另一個(gè)表格存儲了每一條邊界線的兩個(gè)端點(diǎn)坐標(biāo)的索引，每行兩個(gè)元素表示一條邊界線的兩個(gè)端點(diǎn)的索引編號。由這兩個(gè)數(shù)組可以確定模型中的所有邊界線。
[0016]本發(fā)明的有益效果在于:該提取方法無需額外的設(shè)備或測量工具，數(shù)據(jù)量小，輔助數(shù)據(jù)充分，計(jì)算過程簡單可靠，易編程，操作難度低，能精確地得到三維模型邊界線數(shù)據(jù)；只要調(diào)整閥值即可識別具有不同曲率的曲面的三維模型；合理設(shè)置閥值，可以將大區(qū)率的圓角特征識別為邊界線，而將小曲率的曲面識別為無邊界的連續(xù)的面。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明提取邊界線與優(yōu)化軌跡的整體流程圖
[0018]圖2是對角線和重復(fù)線段去除流程圖
[0019]圖3是法向量突變閥值的物理含義示意圖
[0020]圖4是六棱柱處理前所有線段示意圖[0021 ] 圖5是六棱柱處理后所有線段示意圖
圖6弧形拋光面、拋光路徑和邊界線 圖7無約束條件切削速度方向分布(俯視)
圖8有約束條件切削速度方向分布(俯視)
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0023]參照圖1至圖8，并以六棱柱提取邊界線為例，提供一種基于VRML技術(shù)的三維模型邊界線提取方法。所述邊界線提取方法包括以下步驟:
[0024]第一步，讀取VRML文件，文件擴(kuò)展名為wrl，文件所描述的三維圖形信息主要由以下四部分組成:坐標(biāo)點(diǎn)(Coordinate point)、點(diǎn)法向量(Normal vector)、三角面頂點(diǎn)序列(Coordlndex)、點(diǎn)法向序列(Normallndex)。六棱柱模型對應(yīng)的VRML文件主要內(nèi)容如下:
【權(quán)利要求】
1.基于三維邊界提取的模具氣壓砂輪進(jìn)動加工軌跡優(yōu)化方法，其特征在于:所述軌跡優(yōu)化方法包括以下步驟: (1)通過三維軟件建立模具模型，對模型加工表面進(jìn)行軌跡規(guī)劃，以CLSF文件格式保存，文件擴(kuò)展名為cls ;同時(shí)，將模型以VRWL文件格式保存，文件擴(kuò)展名為wrl ； (2)讀取所述VRML文件，采用正則表達(dá)式識別文本數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)組中，數(shù)組包括單位法向量數(shù)組、線段數(shù)組和坐標(biāo)數(shù)組； (3)用戶設(shè)定“法向量突變閥值T”，簡稱“閥值T”，一般取0.2，閥值T的取值依據(jù)三維模型上最大曲率值，曲率越大，閾值T應(yīng)取越大； (4)將單位法向量數(shù)組內(nèi)每一條法向量進(jìn)行兩兩作差，同閥值T進(jìn)行比較，若差向量的模小于等于閥值T，則認(rèn)為兩個(gè)法向量所對應(yīng)的三角面是連續(xù)的面，面內(nèi)不存在邊界線，并且，如果這兩個(gè)三角面內(nèi)存在相同頂點(diǎn)的線段，則一定為面內(nèi)不存在的邊界線，稱為“對角線”，刪除這兩條對角線；如果不存在，則表示兩個(gè)三角面不屬于同一面，不作處理；若差向量的模大于閥值T，則認(rèn)為這兩個(gè)三角面是不連續(xù)的面，并且，如果這兩個(gè)三角面內(nèi)存在相同頂點(diǎn)的線段，則一定為邊界線，刪除其中一條；如果不存在，則表示兩個(gè)三角面不相交，不作處理； (5)將剩余線段進(jìn)行整理，得到線段數(shù)組； (6)提取所述線段數(shù)組，即邊界線數(shù)據(jù)，將其用于氣壓砂輪進(jìn)動拋光軌跡規(guī)劃過程中，對軌跡上的任意一個(gè)加工點(diǎn)，計(jì)算其接觸面中心與每條邊界的距離，若其距離值小于設(shè)定的距離R，則對邊界線與加工點(diǎn)的相對位置進(jìn)行姿態(tài)優(yōu)化。
2.如權(quán)利要求1所述的基于三維模型邊界線提取的模具氣壓砂輪進(jìn)動加工軌跡優(yōu)化方法，其特征在于:所述步驟(2)中，所述的單位法向量數(shù)組是由三角面的三個(gè)頂點(diǎn)的法向量求和再取單位向量得到，所述的線段數(shù)組是由三角面三頂點(diǎn)兩兩相連得到。
3.如權(quán)利要求1所述的基于三維模型邊界線提取的模具氣壓砂輪進(jìn)動加工軌跡優(yōu)化方法，其特征在于:所述的步驟(3)中，所述的閾值T的物理意義為:當(dāng)法向量之差的模小于閾值T時(shí)，法向量夾角較小，面夾角接近O度，曲面連續(xù)性好。
4.如權(quán)利要求1所述的基于三維模型邊界線提取的模具氣壓砂輪進(jìn)動加工軌跡優(yōu)化方法，其特征在于:所述的步驟(6)中，姿態(tài)優(yōu)化的【具體實(shí)施方式】為:添加一個(gè)約束條件，即氣壓砂輪的切削速度方向不能含有沿邊界外法向相反方向的分量。
【文檔編號】G06F17/50GK103761353SQ201310571504
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月13日
【發(fā)明者】金明生, 計(jì)時(shí)鳴, 張鶴騰, 張利, 蔡東海 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)